【技術】分光計（spectrophotometer）

概要

分光計（spectrophotometer）は、入射した光を波長ごとに分解し、その光の強度を測定する装置です。この装置は、物質の光学的な特性を調査し、その組成や構造、化学的性質などを分析するために広く使用されています。以下では、分光計の構造と機能についてさらに詳しく説明します。

構造と機能

• 光源: 分光計には、さまざまな種類の光源が使用されます。可視光や近赤外光の分析には、ハロゲンランプやデューランドランプが一般的です。紫外光の分析には、水銀ランプがよく使われます。最近では、レーザー光源も利用されることがあります。これらの光源は、分光器に光を供給します。
• 分光器: 入射した光を波長によって分解する部分です。一般的な分光器には、プリズムや回折格子が使用されます。光がこの部分を通過すると、異なる波長の光が異なる方向に分散されます。これにより、光は波長ごとに分解され、スペクトルが生成されます。
• 試料室: 分光器の中には、試料を置くための試料室があります。試料は光源からの光を受けて反射、吸収、透過などの反応を示します。これにより、試料の光学的特性を測定することができます。
• 検出器:分光された光の強度を測定するための部分です。光電子増倍管（PMT）やCCD（Charge-Coupled Device）などの検出器が一般的に使用されます。これらの検出器は、波長ごとの光の強度を電気信号に変換し、コンピューターに送信します。
• データ処理:測定されたデータはコンピューターに送られ、解析や処理が行われます。波長ごとの光の強度をグラフやスペクトルとして表示し、さまざまな解析手法を用いて物質の特性を調査することができます。

応用例

• 分析化学: 特定の物質の吸収スペクトルや放射スペクトルを測定することで、その物質の特性や濃度を定量化することができます。例えば、UV-Visible分光法は、溶液中の物質の濃度を測定するために使用されます。
• 生物医学: 生物学的試料から得られるスペクトルは、たんぱく質、核酸、脂質などの生体分子の特性を明らかにします。また、血液や尿中の特定の化学物質の濃度を測定するためにも使用されます。
• 環境科学: 大気、水、土壌などの環境サンプルから得られるスペクトルを分析し、環境中の汚染物質や有害物質の存在や濃度を評価することができます。また、農業や食品科学の分野でも、農作物や食品中の成分や汚染物質を分析するために使用されます。
• 材料科学: 材料の光学的性質や組成を調査し、特定の材料の反射スペクトルや透過スペクトルを測定することで、その材料の特性や品質を評価することができます。また、薄膜の厚さや組成を測定するためにも使用されます。
• 化学反応のモニタリング: 化学反応の進行状況や反応速度をモニタリングし、反応中の化学物質の濃度や生成物の形成をスペクトル解析することで、反応のメカニズムやキネティクスを理解するのに役立ちます。

参考文献

• 分光器の構造と種類
• 分光測定の基礎
• 分光測定の基本と応用